[整理]14以风险分析为基础的维修RBM

-1 RBM的概念与论述电站主要设备大多在高温、压力、旋转环境下工作，设备承受着蠕变、疲劳、氧化、腐蚀、磨损等多种失效机理的相互作用，失效事故常有发生。事实证明，在防止设备和结构失效方面，定期在役的预防性维修和检查能够发挥重要的作用，定期日常检验（点检）和检修期内的检查维修工作（定修）是设备维修工作中的两个重要部分。这些重要的检查工作的各个方面，包括检查的基本目的、方法、时间安排和验收标准等都会对零件失效的几率产生影响，尤其是一些电厂尚没有条件开展的精密点检项目，一些特殊仪器开展的状态诊断或寿命评估等外委项目，如何合理的安排其周期和首检期是非常重要的。然而，对于电站压力部件以及不同工作环境运行的部件，以往的在役检查项目常常是基于积累的经验和工程判断，甚至不十分了解其技术依据和检验方法局限性要求，因而在实际制定在役检查的要求和措施时，并不是充分考虑了基于风险评估的维修和检验信息要求，换句话，并没有充分考虑材料失效的几率风险、运行及负荷状态变化风险、检验可靠性风险以及零件失效产生的后果风险等。在美国及欧洲许多国家，很早以前就开始火电厂机组设备新的维修方法的研究。特别是石油系统，从设备安全性和环境保护的观点出发，10年前即开始制定具体的以风险分析为基础的维修RBM（也称为风险检验技术RBI）实施方法， RBM/ RBI基本的概念和方法已列入2000年5月正式发行的API 581标准中。标准强调了：通过应用RBM/ RBI方法以降低风险，首先需要对以下的基本理论和技术基础开展研究： 与损伤形态相关的损伤机理及其后果研究 损伤的发展速度研究 损伤检出的概率及通过检查可以预测未来损伤趋势的规律研究 损伤对于设备完整性的影响研究为完成RBM/ RBI分析，需要考虑以下几个关键问题： What 应该检测的损伤形态和类别 Where 合适的检测及维修部位 How 采用什么样的手段，如何检测和维修 When 什么时候或者怎样的间隔进行检测和维修因此，可以说在进行RBM分析中，准确地掌握当前的部件损伤形态是最基本的原则。只有弄清楚了目前的风险状态，才能根据风险大小两方面采取相应的对策。即降低过高的风险，同时又将过小的风险提高到合适的程度。所谓过小的风险一般是指使用了质量特优的设备或者过量的检查维护。根据风险评估的结果采取适当对策，原则上将整个设备纳入“可以接受的风险”的程度是RBM/RBI的基本目的。美国API 581标准中列出了石油及石油化学设备的详细RBM/RBI分析程序。并对定性的、半定量的及定量的方法分别进行了说明。表1列出了API 581的目录。标准的第7章 损失大小的分析和第8章失效概率的分析给出了风险评估的具体方法，并在第11章附录中列出了分析用的手册。图1为定性的RBI分析顺序。在进行定性的RBI中，失效概率的确定应考虑设备因素、损伤因素、检查因素等6种因素，可依据各因素的不同估计评定相应的级别（5级标准）。然后由多种因素的综合评级决定图1所示的风险矩阵的纵轴（失效概率）的等级大小。对于损失大小的确定，综合考虑设备损伤和健康损失（安全性、经济性评估）两方面的评估结果，进行同样的选择后由其综合评级（5级标准）决定图1所示的风险矩阵的横轴（损失大小）。然后根据评级后的风险的大小、在风险图上的位置决定具体的检查内容，确认降低风险的措施和效果。表1 API 581 目录Section内容0前言1概论2参考文献3基本定义4风险分析5定性RBI分析6定量RBI分析简介7损失大小的分析8失效概率分析9降低风险的检查计划制定10数据库结构11评估软件标准中对于定量的RBI分析方法也给出了详细的分析程序。在故障频率分析及影响度分析中提出了定量的详细程序。失效概率定义如下：失效概率损伤频率FEFM损伤频率：一般可使用损伤频率数据库提供的统计的损伤频率。FE：设备修正因子，由损伤机理、设计、制造、安装、运行等因素决定。FM：管理修正因子，设备制造、运行的安全管理体系的状态。火电厂设备主要发生的失效形式包括泄漏及断裂两类，损伤频率的统计依据，即失效的定义可定量的由各个设备损伤机理造成介质泄漏的泄漏孔的大小（泄漏量，或泄漏裂纹长度）来度量，API 581规定了1/4英寸（1级）、1英寸（2级）、4英寸（3级）的泄漏孔大小及断裂（4级）等4个等级。半定量分析方法是以上述的定性及定量的方法为参考，该方法在定量数据不是很充分的情况下比较有效。可以肯定，越接近定量分析其精度就越高。但要根据具体状况分别采用。采用定量的评估方法，需要详细的数据分析，而在定性的评估中，重要的是技术人员经验性的判断。通过分别使用这两种方法，可使半定量的风险评估成为可能。图1 定性RBI分析(API )框图ASME（美国机械工程学会）80年代后期开始讨论风险评估的重要性，并与API协商计划制订相关导则。ASME的基本概念与API 581所示的内容完全相同，风险矩阵的构成也是由同样的5级方法（55矩阵）决定。作为导则，制订发行了一般性概念、轻水反应堆评估导则、火力发电设备评估导则 等共3卷。ASME导则中观念的提示等研究性内容较多。另外，也明显示出了进一步推进风险评估定量化的趋势。在定性的风险评估中，则比较重视专家的综合性意见判断。风险评估的观念是基本相同的，图2中示出了火力发电设备的评估顺序，同时也示出了在确定诊断部位及收集资料后，进行定性风险评估和定量评估的顺序，并指出，需要通过风险评估的反复进行来积累相关的知识。核电设备的风险评估，从七十年代中期开始主要以PSA(Probabilistic Safety Assessment：概率安全性评估方法)评估为主进行。九十年代以后，提出了以风险为基础的方法，该风险评估的主要方法来源于EPRI的RI-ISI(Risk Infirmed In-Service Inspection:基于风险信息的设备检查方法)研究报告，1998年得到NRC（核电管理委员会）的认可。2000年3月Case N-560-2及Case N-578-1已经得到正式的认可。该方法是根据风险评估结果来选定重要部位。例如，原来认为在管道、压力容器的对接焊缝、环焊缝部位，不会发生重大的损伤，所以尽量省略相关的检查，仅需要注意其他重要部位的检查。而现在要求根据风险的大小，在管道的对接焊缝部位，规定检查全长的百分之几。Part 4 制订检查程序* 选择供选择的检查策略明确损伤状态的潜在可能明确检查导致损伤的潜在可能明确检查方法的可靠性估计检查活动对失效概率的影响* 选择检查策略并开展检查活动* 开展有关敏感性的研究* 采取合适的措施Part 1 系统定义*1、定义系统边界和系统正常条件*2、系统信息收集Part 2定性风险分析1、 定义失效模式2、 定义失效原因3、 确认后果Part 3 失效模式、影响及危害性分析1、 重新定义失效模式2、 重新定义失效原因3、 重新定义失效后果*4、评估失效几率*5、评估失效后果*6、风险评估*7、基于风险评估的排序定量风险分析Part 5 再评估（效果）分析1、 安全性、经济性改进效果评价2、 制订整体检查和更换计划图2 基于风险的检查和维修过程根据RBM/ RBI制订最佳的检查计划及维修计划时，在降低风险、提高安全性的同时，成本评估也尤为重要。以前从设备设计到制造、运行、报废的寿命周期成本（LCC: Life Cycle Cost）的评估，是根据经验进行的。1996年颁布了相关定义、计算方法的国际规程（IEC60300-3-3），ISO于2001年颁布了以上述规程为基础的石油天然气设备的寿命周期成本计算规程。该规程包括方法及相关技术、计算应用导则、分析程序等3部分。本方法可作为评估设备维修经济性的一个手段。使用风险评估LCC的方法，可能含有事故发生概率和事故发生时的人的、设备的、环境的损失额。此外，还要考虑企业形象的降低、PL赔偿费用等问题。所以，定量的评估比较难。在实际评估时需要加入定性的分析。2 RBM的基本程序21 准备工作采用RBM/ RBI方法进行检验和维修时，首先需要对以下情况进行了解。 明确分析目的了解采用RBM/ RBI进行维修的目的是什么。可能的目的有： 提高设备可用率 减少维修费用 优化资产管理（根据经营计划的长期设备计划） 危机对策（地震、恐怖事件等特殊状况） 技术传承（应对维修技术熟练人员的不足，引进标准及软件） 明确对象范围明确采用RBM/ RBI进行维修的对象范围。 整个机组：以锅炉、汽轮机、发电机和所有的辅机为对象。 系统设备：对火电厂而言，一个系统的整体分析，如以锅炉为对象。 部件或部位：如仅以锅炉的过热器为对象。一般在大型机组上，首先对整个机组范围内进行简易的风险评估，对影响较大的部件、设备再进行详细的评估，这种方法比较合理。 确定评估时机预先要考虑评估多长时间范围内的设备风险。例如：l 到下下次的定期检查时l 长期的间隔（10年、20年内）通过进行5年、10年、20年后的风险评估，可以预测5年、10年、20年后必须更新的部位、部件等。以优化资产管理为目的实施RBM/ RBI分析时，往往需要通过这种长期风险评估，预测设备的维修和更新时期。 确定工具软件利用完善的RBM/ RBI分析工具软件可提高分析工作的效率。22 利用工具软件进行分析英国软件RBMS是一个计算风险的软件。该软件将火电厂锅炉发生过的损伤进行分类，并列出分类清单，可以从中选择损伤机理。 系统划分将选定的机组（例如：A电厂1号机组）分为系统（例如：过热器系统）、部件（例如：过热器管）、部位（例如：过热器管下弯头、焊接接头）。系统划分是一个非常重要的工作。一般以安装图纸为基础进行划分。划分必须细致、完整、没有遗漏。 评估数据输入输入各个划分的层次所必须的数据（设计条件、检查记录等）。这些数据是风险评估的重要基础数据。 损伤机理的设定在损伤清单中选择设定各个部位可能发生的损伤，注意损伤清单中没有的新的损伤类型，选定时尽量将可能发生损伤的部位扩大。 第1次风险评级对划分后的所有部位的所有损伤机理（1个部位经常选定有几种损伤机理）进行风险评估，并将其划入图3的风险评级表中。风险计算使用RBMS的风险评估软件，由有关损伤、材料、设计、检查、运行的专家进行商议后作出最终决定。对失效概率和损失大小分别进行评定，RBMS软件备有与各个影响因子相关的问题和答案，通过专家的商议选定答案，并由此可以计算失效概率和损失大小。图3 风险评级表损失大小可分为人员设备安全性损失及经济性损失两部分。安全性评估时，要考虑运行人员、周围作业人员的作业场所、失效后遭受损伤的程度、检测部位的设置场所等，评级标准可参考表2。经济性损失包括检测部位修复所需要的费用、周围部件的修复费用、机械设备停机造成的生产损失以及对人身伤害的赔偿费用等，评级标准可参考表3。当然，经济性损失因机械设备的规模、重要性等而不同。另外，为了使损失的大小能够引向安全方面的结果，需要预先设想最坏的状况。在确定最终风险等级时，采取保守原则，损失大小等级直接使用安全性及经济性损失中较严重的一方。表2 安全性损失评估的主要因素等级安全性损失的评估结果微小低于下述病症的轻度受伤轻微轻伤、轻度的疾病重大重症、重度的疾病致命人员死亡灾害表3 经济性损失评估的主要因素No.经济性评估主要因素1诊断部位修复所需的费用2周边部位的损失和复原费用3设备停机造成的作业损失4法定的费用、裁决费用 二次风险评级与维修管理根据失效概率和损失大小评定结果确定风险级别时，也经常采用4级划分标准。这里将损伤的发生概率和损失的大小分别分为4个等级，损伤概率为微、低、中、高4级，损失大小为小、大、重大、致命4级，如图3所示。风险程度也分为4个级别，即无法接受、不希望、有条件接受、可接受。风险等级与维修检验措施的关系原则为：风险等级I（可接受）：无需安排法定检查以外的其他检查（无需检查）；风险等级II（有条件接受）：在下次检查时适当地进行已安排的检查即可；风险等级III（不希望）：在下次检查时需要采取下列对策中的至少1个： 改进检查方法 改进运行条件或者管理条件 设置在线检测装置 采取降低损失的保护对策风险等级IV（无法接受）：直接采取上述对策按照上述要求，对于出现无法接受及不希望的高风险部位，应当直接采取的对策，并按照对策的实施情况，对实施后的预测效果进行再次（不限1次）的风险评估。原则要求在所有的部位，必须达到有条件接受及可接受程度。在采取的对策后无法达到有条件接受和可接受的情况下，建议对该部位进行更换。 维修计划的制作作为维修检验前后2次风险评级的结果，可得到经改进的详细的维修计划，这一计划即可保证技术的可行性，也可保证明显的维修效果。实施后可保证所有部位达到有条件接受及可接受的风险等级。采取的对策和措施（包括更换）与以往的常规检查相重合的部分，可认为是有效的维修检验内容，可作为下次定期检查时的重复维修项目。此外，对评定为“无”风险等级的设备，即使不检查也可以达到有条件接受及可接受的部位，可以省略常规检查项目，如果评估的目的是希望通过检查项目的削减来降低成本，这样的风险评估非常有效。2。3 定性和定量风险分析方法231 损失类别的设定（类别分类）在经过系统划分确定评定范围后，在其范围内发生损伤时的损失类别按照表4的分类进行设定（选定多种类别的情况较多）。如果损失的类别确定，决定其程度的因子也确定。表4 设定的损失类别和类别类别损失类别决定程度的因子C-1环境污染物质特性、泄漏量（泄漏孔的大小）C-2爆炸（断裂）物质特性、周围状况、泄漏量（泄漏孔的大小）C-3人身伤害受伤的程度、人数（损伤类别）C-4经济损失停机时间、维修费用类别C-1是泄漏引起污染的情况。由于电站许多高温部件是采用“先泄漏后断裂”原则设计的，在这种情况下，损失的大小依赖于泄漏量，低温大口径管道完全断裂的失效情况和高温管道小裂纹贯通的情况相比，损失的程度有很大的不同。如前所述，泄漏口的大小决定损失的大小。类别C-2是由爆炸（突然断裂）造成的对人身及周围设备的损失。这种情况下爆炸性的程度，与类别C-1相同，泄漏量是决定损失大小的重要因子，也可以采用泄漏口的大小来决定损失的大小。类别C-3是高温高压蒸汽等的泄漏而造成的飞出物的冲击、烧伤、溺死等人身伤害。与泄漏量相比，发生部件飞出这样的损失类别是决定损害大小的重要因子。类别C-4是因损伤引起机组停机、无法正常运行等而造成的经济损失以及修理费等而造成的损失。这种情况下，机组的停机时间是决定损害大小的重要因子，与上述3种情况不同，泄漏量不是大的决定因子。另外，类别C-4是所有的损伤类型都涉及的损失类别。232 失效数据库的确认损伤程度的分级依据是在以往失效统计的基础上给出的，失效数据库的完善程度是关键。不同的评估对象，即不同设备、部件、部位的失效数据库是有明显差异的，需要长期的案例积累，因而数据库应能够不断补充历史数据。表5列出了评估需要的三种数据库的分类和统计方法类别。类别L-1是指失效概率比较明确的设备和部位，可对失效进行统计概率分析而整理出的结果（注意不是根据损伤机理加以区别，而是包括所有机理造成的损伤，一些失效机理比较单一的设备属于此类）。通常情况下，电厂设备长期运行后的损伤机理非常复杂，是由于疲劳、蠕变、腐蚀、磨损等交互作用而引起的。在了解设备材料的使用条件（负荷应力、温度、环境）的情况下，其疲劳、蠕变、腐蚀导致的寿命消耗是可预测的。类别L-2没有像L-1那样的统计概率值，但是，若部位发生的损伤机理已明确，则可由使用状态的分析而进一步作出寿命预测。设备中不少情况与类别L-2相同。类别L-3是运行时间较短的设备、部件没有损伤实例的情况。这种情况下，需要通过试验室模拟使用条件预测（外推）出将在什么地方、发生什么样的损伤的可能性。由于模拟技术的发展，几乎可以预测所有设备、部件的损伤。表5 损伤数据库的统计类别类 别内 容特 征L-1明确破坏概率的数据库按照各个设备、部件、部位的失效，整理统计出失效概率L-2明确损伤机理的数据库按照部位，明确发生了什么样的损伤（疲劳、蠕变、腐蚀）后，可进行寿命评估，统计出失效概率，大多数部件是这种类别L-3新设备无失效运行时间较短的设备无失效，需要通过模拟技术评估损伤的可能性，给出失效概率233 风险评估方法风险评估有定性的、定量的、半定量的几种方法。定性的方法是简单地设定损伤发生概率和损失大小的一种方法，在区分整个机组状况、选定详细评定设备范围时使用较多。定量的方法是用数值（主要是金额）表示风险的方法，由于需要详细的损伤概率数据，需要专业人员的精确计算和深度分析，因此电厂一般较少采用。风险（金额）失效概率（无量纲）损失的大小（金额）半定量方法是界于上述两者之间的，采用将损伤的发生可能性和损失大小分级表示的方法，故很多的设备、部件均可以应用。下面介绍使用半定量方法进行风险评估的一个例子。失效概率的分析主要考虑已发生损伤的程度及当前可采用的检查手段产生的预防效果两方面。首先需要定性分析 “当前设备的损伤状态”，可按表6将损伤状态定性描述为5个不同的等级水平，由此确定损伤程度。另一方面，不同部件和部位，可采用的检验手段有很大差异，不同检查手段的可靠性也有很大限制，导致设备损伤或缺陷的检出率有明显区别。采用的维修检查手段不同具有不同的的效果，检验条件限制及检验手段的可靠性决定了失效的可预防性，同样与失效概率有关。因为通过检验和维修，掌握了这些部位的状态，有可能防止损伤发生。检查效果水平可按表7所示分5个等级进行评估。表中同时列出了锅炉管腐蚀减薄检查效果的评估例子。对上述评估得到的两种影响结果，按照保守综合评分原则，将失效概率分为微、低、中、高4个等级。各个等级按表8表示失效概率的程度。 表6 损伤状态和损伤程度的评估等 级损伤状态定性描述损伤程度1比预想的糟得多中2比预想的糟低3不清楚低4与预想的相同无5无损伤、比预想的好有利表7 检查效果评估等级检查效果定性描述全面腐蚀例A效果非常好(有效性90%)所有的设备状况均可以正确检测所有部位均可以利用测厚仪测量并可对内部进行宏观检查B效果很好(有效性70%)几乎所有的设备状况，可以准确掌握实际的损伤状态利用测厚仪可以对大部分部位测量并对可内部进行宏观检查C有效(有效性50%)大概可以准确检测一半左右的实际设备状况，掌握损伤状态可以从外部进行部分的测厚仪测量D效果不好(有效性40%)几乎没有可以准确掌握实际损伤状态的信息只能进行其它试验并可从泄漏孔进行宏观检查E无效果(有效性33%)完全没有可以掌握实际损伤状态的信息只能通过外部的宏观检查推测内部的情况表8 失效概率的分析等 级定 义微在评估期间内根本不可能发生破损低在评估期间内好像不会发生破损中在评估期间内也许会发生破损高在评估期间内估计会发生破损损失大小的分析则主要考虑人员、设备安全性影响及经济性影响两方面。安全性危害程度评估，主要是评定该部位损伤时对人身造成的灾害，包括运行人员、其他人员的死亡、或者受伤程度。另外，预测损伤会如何发展（损失类别）也是评估过程中非常重要的内容。譬如，由固定裂纹引发的蒸汽泄漏是否会逐渐减弱、或者会立刻引起大规模的破坏，不同的预测会有不同的结果。此外，根据检测部位的设置场所、隔墙的坚固程度、运行人员的操作场所的不同，其损失的大小也会有所不同。评定与这些安全性相关的危害大小，并将其分为没有问题、小、局部的、大范围的4个等级水平。经济性损失大小的评估，主要结合材料、设备损坏时修复等所需的费用和与人身伤害相关的赔偿金额等由安全性引起的费用综合进行评估（表3）。其中，要考虑因停机产生的发电损失、修复/更换成本、检测部位损伤时受到影响的周围部件的修复成本等。将经济性损失的大小分为小、大、重大、致命的4个等级水平。显然，有关这些安全性、经济性损失大小的评估、费用的计算精度、依据等会影响最终风险大小的评估结果。因此，损失的大小需要预先设定可能导致安全方面最坏结果的情况。最终进行定性风险评估时采用的损失大小，应选用安全性及经济性损失大小评估结果中较为严重的一方。234 失效概率的定量计算方法（分级）假定同一标准制造的2个设备同时开始运行。运行一段时间后，2个设备的失效概率不相同。引起这种差异的原因是什么？其影响因子考虑如下：a) 设计标准的优劣：Xab) 制造、建设管理的优劣：Xbc) 以前的实际使用条件：Xcd) 今后的计划使用条件：Xde) 以往检查的有效性：Xef) 维修管理的优劣: Xfg) 保护（保温、防腐等）状态的优劣：Xgh) 对损伤机理的敏感性：Xh可以说这些因子决定了设备目前的失效概率。因此，设备在使用一定时间后，以必然消耗的寿命（剩余寿命）或者必然产生的破坏概率为基础，可以计算损伤发生的可能度。该计算式因损伤数据库的类别不同而不同。数据库类别L-1时的失效概率（Y1）可以用式（1）表示。 (1)式中：Ya表示一般统计的破坏概率；XaXh表示上述影响因子的权重值。数据库类别L-2及L-3时的失效概率Y2可以用式(2)表示。 (2)式中：Yb为基本寿命评估结果（寿命损耗率）;由于是根据特定损伤机理而进行寿命评估的，所以式中不包含Xh。235 权重值的评定方法数据库类别L-2及L-3时，以寿命评估值为基准计算失效概率，对上述因子的权重分级方法叙述如下。图4示出寿命损耗率和运行时间的关系，示出设计、制造、维修等因素导致偏差的情况（质量偏差）。一般规定寿命损耗率为1时为完全损伤，即最终失效状态，寿命损耗率为0时为无损伤，即新设备状态。图的右端自下而上可按照等分原则给出四级风险标准，风险等级相当于图3纵轴的4个等级水平，寿命偏差小为一级，寿命偏差最大为4级。设备剩余寿命分数是（1寿命损耗率）。寿命消耗和时间关系上的这些偏差是由材料特性的偏差、设计和制造时的不确定度、以及使用条件和部位的偏差等本质的原因引起的，要消除偏差是不可能的。也就是说，所有的机组、设备、部件对于其寿命，是在具有一定的偏差幅度下开始运行的。决定其幅度的因子是上述因子中的设计标准的优劣（Xa）、制造和建设管理的优劣（Xb）、维修管理的优劣（Xf）以及保护（保温、防腐等）状态的优劣（Xg），可以说是由设计、制造、修复时的质量不确定度（制造状况）决定的。如图4所示，由于制造质量、材料质量不良等偏差导致的的状态恶化，其寿命损耗率运行时间曲线的上限将向上方（寿命缩短方向）移动，寿命偏差的大小取决于上述影响因子的大小。图4 设备之间寿命损耗率上限值的实际偏差图5示出寿命损耗率运行时间曲线与机组以往运行条件的关系。在设计条件下运行的关系用实线表示。以往的使用（运行）条件（Xc）因子与寿命损耗率时间曲线的关系以图4的虚线和点线表示，在不改变寿命偏差幅度的情况下，运行条件与设计条件的差异导致曲线上下波动。图5 运行条件变化对寿命损耗率上限值的影响如果使用条件（温度、应力、环境、循环启停次数）比设计条件更加严酷，曲线会向上波动（虚线，寿命缩短方向），如果更稳定则向下波动（点线，寿命延长方向）。同样的，可在图的右端自下而上按照等分原则给出四级风险标准，风险等级相当于图3纵轴的4个等级水平，寿命偏差小为一级，寿命偏差最大为4级。以往的使用（运行）条件与使用条件的变化的影响Xc的大小用四级标准评定，具体可通过确定寿命消耗时间曲线如何波动来确定。今后的计划使用条件（Xd）因子如图6所示，由于改变使用条件，可能产生寿命消耗时间曲线在中途出现转折的效果。如果将来的使用条件比设计条件（或以往运行条件）更加苛刻，曲线向上弯曲（虚线，寿命缩短方向），如果更稳定，则曲线则向下弯曲（点线，寿命延长方向）。由于剩余寿命必须从偏于安全的角度进行计算，故可以使用弯曲部位的曲线上限进行计算。如果在设备当前的状态下评定剩余寿命，应分别考虑以下几种状况：（1）设计条件（或以往运行条件）不变下运行；（2）超出设计条件下运行；（3）低于设计条件下运行。同样的，可在图的右端自下而上按照等分原则给出四级风险标准，风险等级相当于图3纵轴的4个等级水平，寿命偏差小为一级，寿命偏差最大为4级。可以说Xd的大小取决于曲线的弯曲程度，用四级标准评定。图6 将来运行条件变化对寿命损耗率的影响在风险分析中最重要的因子是检查效果因子（Xe），如图7所示，检查效果决定了寿命消耗时间曲线的偏差幅度是否缩小的程度。而通过检查设备当前的状况计算寿命损耗率，可使曲线的幅度变小，或者说，通过精确寿命评估可提高评估结果的可靠性，从而减少设备失效风险。由于剩余寿命通常是从偏于安全的保守角度求出，偏差幅度的缩小通常造成（使损伤的程度降低）剩余寿命的增加（相对于图中未检查前1点的剩余寿命，检查后，依据其效果的大小而变为2、3点处的寿命增加），随着新的检验手段的改进和评估精度的不断提高，偏差幅度会进一步缩减。这是通过寿命评估和管理减少设备风险，延长设备寿命的一个典型例证。因此，对于损伤机理确定的损伤状况检测，及实施相应的寿命评估与寿命管理措施，可根据实施后的效果大小来决定幅度缩小程度。图6 检查效果对寿命损耗率的影响检查的有效性还与检查方法、检查时间（次数）、检查个数（范围）等有关。检查方法中，对于裂纹、缺陷在材料内部发生的损伤（蠕变开裂多由内部开始），使用可以观测到材料内部状况的超声波、X射线或者取样进行破坏性检查比较有效，而渗透探伤等检查表面状态的方法没有效果。按照国家规定实行审批制的建设项目，建设单位应当在报送可行性研究报告前报批环境影响评价文件。按照国家规定实行核准制的建设项目，建设单位应当在提交项目申请报告前报批环境影响评价文件。按照国家规定实行备案制的建设项目，建设单位应当在办理备案手续后和开工前报批环境影响评价文件。举锅炉管壁厚检查时间（次数）影响的例子进一步说明，设开始投运时，壁厚为3.2 mm，而壁厚达到1 mm将发生爆管，运行10年后检测结果为2 mm，已减薄1.2 mm。求剩余寿命时，通常如上图实线那样直线外推求出。结果是剩余寿命还有8年以上。但如果出现改变燃料等使腐蚀环境恶化的情况，也会有虚线那样变化的可能性。如果以虚线为基础进行剩余寿命计算，到下次定期检查（四年后）前则将可能发生爆管。（7）列出安全对策措施建议的依据、原则、内容。如果5年以前能够测量1次壁厚，则这次再进行外推的准确性将提高。由此可见，检查的时间（次数）是确定检查有效性的重要因素之一。对于检查的个数（范围），10年后的壁厚测量值为2 mm，指的是众多钢管中的其中几根的最低值，是在指几米钢管中某个局部地方的值，选择该部分的理由是否合适（是否可代表一个范围），或者说是否选择了运行环境最恶劣的地方，是确定检查效果的重要因素之一。壁厚检验部位导致的风险后面以水冷壁为例详细讨论。236 损失大小的计算方法2）间接使用价值。间接使用价值（IUV）包括从环境所提供的用来支持目前的生产和消费活动的各种功能中间接获得的效益。如表4所示，因机组、设备、部件的损伤而造成的损失，可以分为人身伤害、经济性损失、环境污染、爆炸损失等4类。所有的损失类别的计算都可采用评估部位损伤可能引起的最大伤害和零伤害之间用曲线（一般为直线）相连，通过等分为4级而进行评级。特别的是，评定损失类别中的经济性损失等级时，首先估计失效可能导致的最大损失额，在最大值和零值之间用抛物线连接，并分为4等分。如图7所示，使得损失大的一侧，分级比较细致，而损失较小的一侧，划分的较粗，这样对损失进行分级比较有效。最大值的计算可根据过去的损伤实例求出。如以锅炉为例，如果了解迄今为止同类型机组所有电厂因发生最大损伤而造成的停机天数，那么因停机1天造成的损失额停机天数作为经济性损失的最大值是准确的。（5）阐述划分评价单元的原则、分析过程等。图7 经济损失划分方法（三）规划环境影响评价的公众参与在人身伤害评价中，一个例子是美国某发电厂曾因蒸汽管道爆破而造成10个运行人员死亡，这个事故可能是最近发生的电厂锅炉事故当中最大的一个事故。可以说，人身伤害的最大值是死亡10人。由于出现人员死亡的风险是不可接受的，所以，无死亡应该是可接受的基准。环境污染、爆炸伤害的评价基本上也采用同样的方法，可以进行分级评定。具有污染性、爆炸性的物质，由于损伤，会流入或者飞入什么地方是决定损失大小的主要因子。当然，物质的特性（污染性、爆炸性的强度）、受影响的周围环境（人家、住户的数量等）也是重要的因子。损伤的状况（发生的泄漏孔大小）和内部物质的流动范围的计算、各物质的特性及周围环境的重要性等，需要具体分析。环境影响经济损益分析一般按以下四个步骤进行：237 风险的处理对策通过对失效概率和损失大小进行分级后，可以求两者的乘积而直接求出风险的评级值。风险分为4个等级，风险的相应对策也分为4类（见表9和图8）。 风险管理中，对风险的处理一般有回避、降低、转移、可接受等几种方法。回避是将风险完全消除，相当于更新设备等。转移是将风险转移到其它的地方，此举与买保险的含义相当。风险的降低是通过合适的检查、修复、加强管理来达到目的。这些是依赖于技术性的部分，也是RBM的主要内容。另外，风险可接受到什么程度（可接受基准的设定）应该由企业的经营方针、机组和设备的社会影响度等来决定。（2）安全验收评价。表9 风险部位和要求的对策风险级别必要的对策可接受在规定的检修外，在对检测部位评估期间不需要检查和其它的对策等（1）前期准备工作。包括明确评价对象和评价范围，组建评价组，收集国内外相关法律、法规、规章、标准、规范，收集并分析评价对象的基础资料、相关事故案例，对类比工程进行实地调查等内容。有条件接受分类具体内容应编写的环境影响评价文件检修时如果已安排进行合适的检查，就可以继续使用2）按发布权限分。环境标准按发布权限可分为国家环境标准、地方环境标准和行业环境标准。不希望在下次检修之前，采取下列某一种对策降低风险等级 检查顺序的改进运行操作或者管理方法的改进在线检测降低损失的对策无法接受直接采用上述的方法降低风险等级直到有条件可接受或可接受的水平。作为标准的风险管理对策，图8的风险级别I和II认为是可接受范围。但是，级别II中一点点变化（不确定度）都将使其变成级别III，所以，应该级别II是有条件接受，认认真真地实施目前的常规检查是必要的条件。风险级别III和IV同样都是不可接受。但紧急性不同。在级别IV中，必须立刻采取降低风险的措施。但在级别III中还有一点时间的裕度，这是两者差别所在。在分类IV中，应该立刻停机，并采取相应的对策，而在级别III中，在下次定期检查时采取一定的对策即可。图8 标准风险划分方法238 确认风险评估值的合理性用上述方法进行风险评估时，通常需要在整个评估过程中都考虑该方法的正确性。最终的风险评估结果是否正确，应该以评估结果是否与研究人员和技术熟练人员的判断相一致为基准。因为尤其是电厂技术熟练人员，对设备状况相当了解，据此制订检查、修复、更新等计划，才能实现长期的安全和稳定运行。具体地说，对以前技术熟练人员采取的检查、修复、更新等措施的有效性进行深入分析，用这里介绍的风险评估方法检查其处理过程，可计算确定各影响因子的值。不一致的情况下，需要反复尝试改变式（1）、（2）的形式及各因子权重值等，以寻求适合本台锅炉的合理的风险评估方法。另外，这种情况下，专家们还需要研究以前的技术熟练人员的判断是否正确。总之，不断地追求利用该方法进行风险处理的效果和运行业绩，并逐步加以影响因子权重值的完善至关重要。239 风险再评估对策的效果可以通过风险再评估进行确认。输入检查方法的改进、修复/更换、运行条件的变更等条件，通过风险再评估确认风险是否确实降低。这种再评估在以下状况下进行。a) 评估后提出检查间隔变更或者延长时；b) 风险等级是有条件可接受，或者对检查部位的检查管理不十分完善，需要制订新的增加检查计划和策略时；c) 对于风险等级为不希望，无法接受的部位，需要进行追加检查和降低检查要求、维修要求、损失大小等时；d) 对于风险等级为可接受的部位，要评估减少检查项目、降低维修水平的影响时。风险再评估的所有部位，都希望在达到可接受或者有条件可接受级别之前降低风险。在此之前不能降低时，为了提高评估的可靠性而需要进行更详细的定量分析。必要时，还需要进一步优先修复改造工程。3 RBM分析的应用应用RBI/RBM有各种各样的效果。国外的应用实例证明可使机组可用率有明显提高。可用率的提高即意味着计划外停机频率的减少。这样，在提高机组、设备安全性的同时，由于效率的提高和不必要检查的削减还可使成本降低，从而使经营状况得以改善。应当注意到，国内外RBM应用的实例报道仍然较少，目前尚处于其应用和研讨的初级阶段。31 600MW机组锅炉再热器风险分析一台600MW滑压运行直流炉累计运行时间约117000小时，机组的运行状况见表10。以再热器系统为主，进行了RBM/ RBI评估。另外，为了确认RBM的有效性，能否满足下列电厂提出的条件，对该机组实际进行的维修工程进行了再评估。 目前的定期检查间隔（每2年一次）延长2倍（每4年一次）。 假定该机组、部件依然是当初的状态，没有进行过任何修复、更换。将该再热器系统分为8个部件，43个部位。然后，列出各部位可能出现的损伤机理，并按照各损伤机理进行风险评估。将各代表部位的诊断结果汇总后，绘入图9所示的风险矩阵图中。图9（a）是根据目前检查标准（定期检查间隔2年）的风险等级，几乎所有的部位都是可容许。图9（b）是假定检修间隔变更（每4年）后，在改进了几种检查方法的基础上进行的风险重新分级结果。风险再评估中，示出了在研究各种对策后的风险变化。几乎所有的部位都处于风险低的状态，即属于可容许范围，即使在定期检查间隔变为4年后的风险再评估中这种趋势也没有变化。另外，图9（a）中失效概率低的一个部位在图9（b）中等级有所上升，这是由于检查周期由2年改为4年后，蠕变剩余寿命被消耗的结果。此外，还有一些部位虽然显示出较高的风险，但通过对其采取相应的对策，将检查周期延长至4年也是可能的。图9 风险控制的例子表10 锅炉运行状况项 目内 容运行状况累计运行时间约117000小时起停次数（热态、温态、冷态合计）约600次目前的检查标准停机频率24个月期望可用率70%到下下次停机的运行时间约137000小时修改后的检查标准停机频率48个月期望可用率70%到下下次停机的运行时间150000小时以上一天的停电成本（假定）约500000元被检测系统再热器系统高风险部位（图9中的A、 B、 C点）的评估结果如下：A：炉外再热器出口管（STBA24非过热管）A点所在的再热器出口管炉外部位，长时间运行后有氧化减薄现象，这一点从壁厚测量结果可以清楚看出，如果进行蠕变剩余寿命计算，不仅4年后，2年后的剩余寿命也是所剩无几。因此，对于失效概率的各种评判的结果都是严重的，结果均被判定为高。关于损失大小中的安全性损失评估，结果是即使有损失，也没有问题，但经济性损失的大小却是重大，综合评判该部位的风险等级为无法接受级别。在风险再评估中发现，即使改变检查方法、管理方法等也不能降低风险。因此，得出的结论是最好更换。实际上，这个部位在检修时已经被更换过，原来的经验性对策和本次风险评估的结果一致。B：再热器出口联箱焊缝部位蠕变损伤B点所在的再热器出口联箱焊缝部位由于周向应力的作用，国外曾因内部韧带裂纹引发过损伤。因此，失效概率往往简单地被判定为上一个级别，但是在国内的同类型机组中几乎没有失效的例子，所以该锅炉失效概率被评定为低。对于焊接部位表面，目前常用PT（渗透探伤检查）或者MT（磁粉探伤检查）进行检查，这种方法对于内部破坏的损伤机理不一定有效。损失的大小从安全性损失来看是局部的，但如果发生损伤，将导致致命的经济性损失。因此，该部位的风险等级综合评定为 不希望。风险再评估中，通过采用检查内部状态的超声波探伤法（TOFD法），即使假定检修周期延长至4年，失效概率为微，风险可以降低至有条件接受级别。C：再热器直管的氧化、蠕变损伤C点的再热器出口侧直管中，进行了与A相同的壁厚测量，从测量结果可以确认近几年壁厚在急剧减薄。对检查方法、测量位置进行了详细的讨论，二次的风险评估结果都是不希望级别。提出了与A相同的更换方案，这与实际维修工程中的更新计划一致。重新详细地审视过去的检查数据，然后进行再确认也是RBM/ RBI应用的一个优点。另外，对被判定为可接受风险级别的27个项目，进行了检查效果评价，研究了在实际维修工程中省略检查项目的可能性，结果见表11。由此可见，在几个部位省略检查或者降低检查水平是可行的。检查效果评估级别见表12。表11 基于RBM/ RBI的检查效果评估部件部位目前工程检查实施状况风险评估结果可否省略检 查风险评估风险再评估检查效果结果检查效果结果检查法效果入口侧联箱短管焊接部位PTBE可接受E可接受可能直管上部段入口管STBA24壁厚测量BE可接受E可接受可能炉外部件异种钢US321/STBA24PTBC有条件接受D有条件接受低可能排气喷嘴内窥镜AE可接受E可接受可能疏水喷嘴PTBE可接受E可接受可能表12 检查效果的评定级别效果级别检查效果的定义AVery90%BGeneral70%CFairly50%DPoorly40%ENon33%32 电厂水冷壁失效风险分析某电厂水冷壁管全部采用20号钢管，规格为515.5mm，已运行约55000小时。水冷壁共发生过2次泄漏。现场宏观检验，水冷壁高温区域表面有严重高温腐蚀和高温氧化迹象，表面结垢较厚，约0.5mm厚，为黄褐色，其中后墙、左墙、右墙更严重，管子侧面有明显的高温腐蚀小平面，减薄严重。 对水冷壁不同部位进行了壁厚测量，测点分布及数量见表13，测量主要结果统计于表14。据了解，减薄是由于近2年时间内煤质频繁变化而造成的。由测量结果可知，水冷壁壁厚明显减薄，考虑到减薄速度很快，现场建议将4.5mm壁厚以下的管子进行了更换。表13 现场测点位置、项目及数量部件测量部位壁厚测量根数水冷壁左墙高温区标高1115M265水冷壁右墙高温区标高1115M243水冷壁前墙高温区标高1115M256水冷壁后墙高温区标高1115M260表14 管壁厚度测量结果统计测量部位平均值（mm）最小值（mm）最大值（mm）最大减薄率（）水冷壁左墙标高11M5.24.36.321.8水冷壁左墙标高13M4.94.35.921.8水冷壁左墙标高14M4.83.85.930.9水冷壁左墙标高15M5.75.26.15.5水冷壁右墙标高11M5.14.55.918.2水冷壁右墙标高13M4.93.56.236.4水冷壁右墙标高14M5.54.56.218.2水冷壁右墙标高15M5.14.15.625.5水冷壁前墙标高11M5.34.65.916.4水冷壁前墙标高13M5.43.96.329.1水冷壁前墙标高14M4.93.56.236.4水冷壁前墙标高15M5.75.36.23.6水冷壁后墙标高11M5.34.66.116.4水冷壁后墙标高13M5.44.25.923.6水冷壁后墙标高14M4.93.56.236.4水冷壁后墙标高15M5.14.55.818.2分别在水冷壁的向火面、背火面截取常温拉伸等试样进行试验，试验结果见表15。表15 机械性能试验结果编号部位常温机械性能Rp0.2(MPa)Rm(MPa)A()HB37向火面30038526.5176背火面38053524.51780228544538.5118GB5310标准20G24541055024由表15所示测量结果可知，水冷壁向火面抗拉强度和屈服强度均比背火